Masa atmosfery ziemskiej w kg. Skład i struktura atmosfery

Pomimo tego, że powietrze waży tysiąc (dosłownie około 1000) razy mniej niż woda, nadal coś waży.
I nie tak mało, jak się wydaje na pierwszy rzut oka.

Więc metr sześcienny wody na powierzchni morza zajmuje 1000 litrów i odpowiednio waży tonę. Te. sześcienny pojemnik o wymiarach metr na metr na metr wypełniony wodą waży (a raczej ma masę) 1000 kilogramów. Nie licząc wagi samego pojemnika. W standardowej wannie na przykład znajduje się jedna trzecia tej kostki, tj. 300 litrów.

Ta sama kostka wypełniona powietrzem (czyli według naszych koncepcji pusta) waży 1,3 kilograma. Jest to ciężar powietrza znajdującego się w sześciennym pojemniku.

Ale dokładne obliczenie objętości atmosfery nie jest takim łatwym zadaniem. Po pierwsze, nie da się z jakąkolwiek wiarygodną dokładnością określić, czy w tym miejscu kończy się atmosfera, a zaczyna przestrzeń pozbawiona powietrza, a po drugie, wraz ze wzrostem wysokości gęstość powietrza gwałtownie spada.

Uważa się, że atmosfera ma grubość 2000–3000 km, a połowa jej masy znajduje się w odległości 5 km od powierzchni.

Jest jednak jeszcze jeden, bardzo dokładny sposób dowiedz się, ile waży atmosfera. Używał go 400 lat temu wybitny naukowiec, matematyk, fizyk, pisarz i filozof Blaise Pascal.

Wystarczy wiedzieć, co to jest Ciśnienie atmosferyczne(w milimetrach słupa rtęci) i to, co znajduje się na powierzchni morza w normalne warunki jest równa około 760 tych samych milimetrów.
Na kilka lat przed eksperymentami Pascala fakt ten odkrył włoski matematyk i fizyk, uczeń Galileusza Evangelisty Torricellego.

Aby więc zrównoważyć ciśnienie atmosferyczne o 1 centymetr kwadratowy powierzchnia ziemi Na poziomie morza potrzebny jest słup rtęci o wysokości 760 milimetrów, który waży około 1033 gramów. Powietrze napierające na ten centymetr kwadratowy waży tyle samo, tylko jego wysokość jest znacznie większa - te same 2000-3000 km, co w ten moment nie ma znaczenia.

Teraz wystarczy obliczyć powierzchnię powierzchni ziemi. Jak wszyscy pamiętamy, Ziemia jest kulą o promieniu około 6400 kilometrów (lub obwodzie na równiku około 40 000 km) i jak wszyscy pamiętamy (od VIII klasy Liceum) S kule = 4πR 2 .

Całkowita powierzchnia Ziemi wynosi około 510 072 000 km², a całkowita masa atmosfery to 5 x 10 21 gramów, czyli 5 x 10 15 ton, czyli słownie - 5 biliardów ton!

Liczba ta zdumiała wówczas Pascala, gdyż obliczył, że tyle samo ważyłaby miedziana kula o średnicy 10 km.

Nie jest tak jasno, to powietrze...

P.S. Swoją drogą jeszcze kilka interesujące fakty o ciśnieniu atmosferycznym, a raczej o jego spadku wraz ze wzrostem wysokości i wynikającymi z tego konsekwencjami w poście sprzed trzech lat. Nie powinien zniknąć w zapomnieniu...

Atmosfera - koperta gazowa naszą planetę, która obraca się wraz z Ziemią. Gaz znajdujący się w atmosferze nazywany jest powietrzem. Atmosfera styka się z hydrosferą i częściowo pokrywa litosferę. Ale górne granice są trudne do ustalenia. Konwencjonalnie przyjmuje się, że atmosfera rozciąga się w górę na odległość około trzech tysięcy kilometrów. Tam płynnie przechodzi w pozbawioną powietrza przestrzeń.

Skład chemiczny atmosfery ziemskiej

Tworzenie się składu chemicznego atmosfery rozpoczęło się około czterech miliardów lat temu. Początkowo atmosfera składała się wyłącznie z lekkich gazów - helu i wodoru. Zdaniem naukowców początkowym warunkiem powstania powłoki gazowej wokół Ziemi były erupcje wulkanów, które wraz z lawą wyemitowały ogromne ilości gazów. Następnie rozpoczęła się wymiana gazowa przestrzenie wodne z organizmami żywymi, z produktami ich działalności. Skład powietrza stopniowo się zmieniał i nowoczesna forma odnotowano kilka milionów lat temu.

Głównymi składnikami atmosfery są azot (około 79%) i tlen (20%). Pozostały procent (1%) pochodzi z następujące gazy: argon, neon, hel, metan, dwutlenek węgla, wodór, krypton, ksenon, ozon, amoniak, dwutlenek siarki i dwutlenek azotu, podtlenek azotu i tlenek węgla wchodzą w skład tego jednego procenta.

Ponadto powietrze zawiera parę wodną i cząstki stałe (pyłki, kurz, kryształki soli, zanieczyszczenia w postaci aerozolu).

W Ostatnio naukowcy zauważają nie jakościowe, ale zmiana ilościowa niektóre składniki powietrza. A powodem tego jest człowiek i jego działania. Tylko zawartość z ostatnich 100 lat dwutlenek węgla znacznie wzrosła! Wiąże się to z wieloma problemami, z których najbardziej globalnym są zmiany klimatyczne.

Kształtowanie się pogody i klimatu

Atmosfera gra Istotną rolę w kształtowaniu się klimatu i pogody na Ziemi. Wiele zależy od ilości światła słonecznego, rodzaju podłoża i cyrkulacji atmosferycznej.

Przyjrzyjmy się czynnikom w kolejności.

1. Atmosfera przepuszcza ciepło promieni słonecznych i pochłania szkodliwe promieniowanie. O tym, że promienie słońca padają różne obszary Ląduje pod różne kąty, wiedzieli starożytni Grecy. Samo słowo „klimat” w tłumaczeniu ze starożytnej greki oznacza „zbocze”. Tak, na równiku promienie słoneczne Opadają niemal pionowo, dlatego jest tu bardzo gorąco. Im bliżej biegunów, tym większy kąt nachylenia. I temperatura spada.

2. Z powodu nierównomiernego ogrzewania Ziemi w atmosferze powstają prądy powietrza. Są one klasyfikowane według ich rozmiarów. Najmniejsze (dziesiątki i setki metrów) to wiatry lokalne. Następnie następują monsuny i pasaty, cyklony i antycyklony oraz planetarne strefy czołowe.

Wszystkie te masy powietrza ciągle w ruchu. Niektóre z nich są dość statyczne. Na przykład pasaty wiejące z obszarów podzwrotnikowych w kierunku równika. Ruch innych zależy w dużej mierze od ciśnienia atmosferycznego.

3. Kolejnym czynnikiem wpływającym na powstawanie klimatu jest ciśnienie atmosferyczne. Jest to ciśnienie powietrza panujące na powierzchni ziemi. Jak wiadomo, masy powietrza przemieszczają się z obszaru o wyższym ciśnieniu atmosferycznym do obszaru, w którym ciśnienie to jest niższe.

W sumie przydzielono 7 stref. Równik - strefa niskie ciśnienie. Dalej, po obu stronach równika aż do trzydziestej szerokości geograficznej - regionu wysokie ciśnienie. Od 30° do 60° – znowu niskie ciśnienie. A od 60° do biegunów znajduje się strefa wysokiego ciśnienia. Pomiędzy tymi strefami krążą masy powietrza. Te, które przybywają z morza na ląd, przynoszą deszcz i złą pogodę, a te, które wieją z kontynentów, przynoszą czystą i suchą pogodę. W miejscach zderzenia prądów powietrza tworzą się strefy frontów atmosferycznych, które charakteryzują się opadami atmosferycznymi i niesprzyjającą, wietrzną pogodą.

Naukowcy udowodnili, że nawet dobrostan człowieka zależy od ciśnienia atmosferycznego. Przez międzynarodowe standardy normalne ciśnienie atmosferyczne wynosi 760 mm Hg. kolumnie w temperaturze 0°C. Wskaźnik ten jest obliczany dla obszarów lądowych, które znajdują się prawie na poziomie morza. Wraz z wysokością ciśnienie maleje. Dlatego na przykład dla Petersburga 760 mm Hg. - to norma. Ale dla Moskwy, która znajduje się wyżej, normalne ciśnienie wynosi 748 mm Hg.

Ciśnienie zmienia się nie tylko w pionie, ale także w poziomie. Jest to szczególnie odczuwalne podczas przechodzenia cyklonów.

Struktura atmosfery

Atmosfera przypomina tort warstwowy. Każda warstwa ma swoją własną charakterystykę.

. Troposfera- warstwa najbliższa Ziemi. „Grubość” tej warstwy zmienia się wraz z odległością od równika. Powyżej równika warstwa rozciąga się w górę na 16-18 km, w strefy umiarkowane- na 10-12 km, na biegunach - na 8-10 km.

To tutaj znajduje się 80% całkowitej masy powietrza i 90% pary wodnej. Tworzą się tu chmury, powstają cyklony i antycyklony. Temperatura powietrza zależy od wysokości nad poziomem morza. Średnio zmniejsza się o 0,65° C na każde 100 metrów.

. Tropopauza- warstwa przejściowa atmosfery. Jego wysokość waha się od kilkuset metrów do 1-2 km. Temperatura powietrza latem jest wyższa niż zimą. Przykładowo nad biegunami zimą jest -65°C. A nad równikiem o każdej porze roku -70°C.

. Stratosfera- jest to warstwa, której górna granica leży na wysokości 50-55 kilometrów. Turbulencje są tu niewielkie, zawartość pary wodnej w powietrzu znikoma. Ale jest dużo ozonu. Jego maksymalne stężenie występuje na wysokości 20-25 km. W stratosferze temperatura powietrza zaczyna rosnąć i osiąga +0,8° C. Dzieje się tak dlatego, że warstwa ozonowa oddziałuje z promieniowaniem ultrafioletowym.

. Stratopauza- niska warstwa pośrednia między stratosferą a następującą po niej mezosferą.

. Mezosfera- górna granica tej warstwy wynosi 80-85 kilometrów. Zachodzą tu złożone procesy fotochemiczne z udziałem wolnych rodników. To one zapewniają delikatny, niebieski blask naszej planety, który widać z kosmosu.

Większość komet i meteorytów spala się w mezosferze.

. Mezopauza- następna warstwa pośrednia, w której temperatura powietrza wynosi co najmniej -90°.

. Termosfera- dolna granica rozpoczyna się na wysokości 80 - 90 km, a górna granica warstwy przebiega na wysokości około 800 km. Temperatura powietrza rośnie. Może wahać się od +500° C do +1000° C. W ciągu dnia wahania temperatury sięgają setek stopni! Jednak powietrze tutaj jest tak rozrzedzone, że rozumienie terminu „temperatura” w taki sposób, w jaki go sobie wyobrażamy, nie jest tutaj właściwe.

. Jonosfera- łączy mezosferę, mezopauzę i termosferę. Powietrze tutaj składa się głównie z cząsteczek tlenu i azotu, a także quasi-obojętnej plazmy. Promienie słoneczne wpadające do jonosfery silnie jonizują cząsteczki powietrza. W warstwie dolnej (do 90 km) stopień jonizacji jest niski. Im wyższa, tym większa jonizacja. Tak więc na wysokości 100-110 km elektrony są skoncentrowane. Pomaga to odbijać krótkie i średnie fale radiowe.

Najważniejszą warstwą jonosfery jest górna, która znajduje się na wysokości 150-400 km. Jego osobliwością jest to, że odbija fale radiowe, co ułatwia transmisję sygnałów radiowych na znaczne odległości.

To właśnie w jonosferze występuje zjawisko takie jak zorza polarna.

. Egzosfera- składa się z atomów tlenu, helu i wodoru. Gaz w tej warstwie jest bardzo rozrzedzony i często przedostają się do niego atomy wodoru przestrzeń. Dlatego warstwę tę nazywa się „strefą dyspersyjną”.

Pierwszym naukowcem, który zasugerował, że nasza atmosfera ma wagę, był Włoch E. Torricelli. Na przykład Ostap Bender w swojej powieści „Złoty cielec” ubolewał, że na każdego człowieka naciska słup powietrza ważący 14 kg! Ale wielki intrygant trochę się pomylił. Dorosły doświadcza nacisku 13-15 ton! Ale nie odczuwamy tego ciężaru, ponieważ ciśnienie atmosferyczne równoważy ciśnienie wewnętrzne człowieka. Masa naszej atmosfery wynosi 5 300 000 000 000 000 ton. Liczba jest kolosalna, chociaż stanowi zaledwie jedną milionową masy naszej planety.

Atmosfera(z greckiego atmos - para i spharia - piłka) - koperta powietrzna Ziemia obraca się wraz z nią. Rozwój atmosfery był ściśle powiązany z procesami geologicznymi i geochemicznymi zachodzącymi na naszej planecie, a także z działalnością organizmów żywych.

Dolna granica atmosfery pokrywa się z powierzchnią Ziemi, ponieważ powietrze wnika w najmniejsze pory w glebie i rozpuszcza się nawet w wodzie.

Górna granica na wysokości 2000-3000 km stopniowo przechodzi w przestrzeń kosmiczną.

Dzięki atmosferze zawierającej tlen możliwe jest życie na Ziemi. Tlen atmosferyczny wykorzystywane w procesie oddychania ludzi, zwierząt i roślin.

Gdyby nie było atmosfery, Ziemia byłaby tak cicha jak Księżyc. W końcu dźwięk to wibracje cząstek powietrza. Błękitny kolor nieba tłumaczy się tym, że promienie słoneczne przechodzące przez atmosferę jak przez soczewkę rozkładają się na kolory składowe. W tym przypadku promienie kolorów niebieskiego i niebieskiego są najbardziej rozproszone.

Atmosfera pozostaje bardzo promieniowanie ultrafioletowe słońca, które ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe. Zatrzymuje także ciepło w pobliżu powierzchni Ziemi, zapobiegając wychłodzeniu naszej planety.

Struktura atmosfery

W atmosferze można wyróżnić kilka warstw różniących się gęstością (ryc. 1).

Troposfera

Troposfera- najniższa warstwa atmosfery, której grubość nad biegunami wynosi 8-10 km, w umiarkowanych szerokościach geograficznych - 10-12 km, a nad równikiem - 16-18 km.

Ryż. 1. Budowa atmosfery ziemskiej

Powietrze w troposferze jest ogrzewane przez powierzchnię ziemi, czyli ląd i wodę. Dlatego też temperatura powietrza w tej warstwie spada wraz z wysokością średnio o 0,6°C na każde 100 m. Na górnej granicy troposfery osiąga -55°C. W tym samym czasie w rejonie równika Górna granica troposferze, temperatura powietrza wynosi -70°C i na tym obszarze biegun północny-65°C.

Około 80% masy atmosfery koncentruje się w troposferze, prawie cała para wodna jest zlokalizowana, występują burze, burze, chmury i opady atmosferyczne, zachodzi pionowy (konwekcja) i poziomy (wiatr) ruch powietrza.

Można powiedzieć, że pogoda kształtuje się głównie w troposferze.

Stratosfera

Stratosfera- warstwa atmosfery położona nad troposferą na wysokości od 8 do 50 km. Kolor nieba w tej warstwie wydaje się fioletowy, co tłumaczy się rozrzedzeniem powietrza, dzięki czemu promienie słoneczne prawie nie są rozproszone.

Stratosfera zawiera 20% masy atmosfery. Powietrze w tej warstwie jest rozrzedzone, praktycznie nie ma pary wodnej, dlatego prawie nie tworzą się chmury i opady. Jednak w stratosferze obserwuje się stabilne prądy powietrza, których prędkość sięga 300 km/h.

Warstwa ta jest skoncentrowana ozon(ekran ozonowy, ozonosfera), warstwa pochłaniająca promienie ultrafioletowe uniemożliwiając im przedostanie się do Ziemi i tym samym chroniąc organizmy żywe na naszej planecie. Dzięki ozonowi temperatura powietrza w górnej granicy stratosfery waha się od -50 do 4-55°C.

Pomiędzy mezosferą a stratosferą znajduje się strefa przejściowa- stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- warstwa atmosfery położona na wysokości 50-80 km. Gęstość powietrza jest tutaj 200 razy mniejsza niż na powierzchni Ziemi. Kolor nieba w mezosferze wydaje się czarny, a gwiazdy są widoczne w ciągu dnia. Temperatura powietrza spada do -75 (-90)°C.

Zaczyna się na wysokości 80 km termosfera. Temperatura powietrza w tej warstwie gwałtownie wzrasta do wysokości 250 m, a następnie utrzymuje się na stałym poziomie: na wysokości 150 km osiąga 220-240 ° C; na wysokości 500-600 km przekracza 1500°C.

W mezosferze i termosferze pod wpływem promieniowanie kosmiczne cząsteczki gazu rozpadają się na naładowane (zjonizowane) cząstki atomowe i dlatego nazywa się tę część atmosfery jonosfera- warstwa bardzo rozrzedzonego powietrza, położona na wysokości od 50 do 1000 km, składająca się głównie ze zjonizowanych atomów tlenu, cząsteczek tlenku azotu i wolnych elektronów. Warstwa ta charakteryzuje się dużą elektryzacją, a długie i średnie fale radiowe odbijają się od niej niczym od lustra.

W jonosferze są zorze polarne- obserwuje się świecenie rozrzedzonych gazów pod wpływem naładowanych elektrycznie cząstek lecących ze Słońca - i obserwuje się ostre wahania pola magnetycznego.

Egzosfera

Egzosfera- zewnętrzna warstwa atmosfery położona powyżej 1000 km. Warstwa ta nazywana jest również sferą rozpraszającą, ponieważ cząstki gazu poruszają się tutaj z dużą prędkością i mogą zostać rozproszone w przestrzeń kosmiczną.

Skład atmosferyczny

Atmosfera jest mieszaniną gazów składającą się z azotu (78,08%), tlenu (20,95%), dwutlenku węgla (0,03%), argonu (0,93%), nie duża ilość hel, neon, ksenon, krypton (0,01%), ozon i inne gazy, ale ich zawartość jest znikoma (tab. 1). Nowoczesna kompozycja Powietrze na Ziemi powstało ponad sto milionów lat temu, ale gwałtownie wzmożona działalność produkcyjna człowieka doprowadziła jednak do jego zmiany. Obecnie obserwuje się wzrost zawartości CO 2 o około 10-12%.

Gazy tworzące atmosferę pełnią różne role funkcjonalne. Jednak o głównym znaczeniu tych gazów decyduje przede wszystkim fakt, że bardzo silnie pochłaniają one energię promieniowania, a przez to wywierają istotny wpływ na reżim temperaturowy Powierzchnia Ziemi i atmosfera.

Tabela 1. Skład chemiczny suchego powietrza atmosferycznego w pobliżu powierzchni ziemi

Stężenie objętościowe. %

Masa cząsteczkowa, jednostki

Tlen

Dwutlenek węgla

Podtlenek azotu

od 0 do 0,00001

Dwutlenek siarki

od 0 do 0,000007 latem;

od 0 do 0,000002 w zimie

Od 0 do 0,000002

46,0055/17,03061

Dwutlenek azogu

Tlenek węgla

Azot, Najpopularniejszy gaz w atmosferze, jest chemicznie nieaktywny.

Tlen w przeciwieństwie do azotu jest bardzo chemiczny element aktywny. Specyficzna funkcja tlen - utlenianie materii organicznej organizmów heterotroficznych, skały oraz niedotlenione gazy uwalniane do atmosfery przez wulkany. Bez tlenu nie byłoby rozkładu martwej materii organicznej.

Rola dwutlenku węgla w atmosferze jest niezwykle duża. Do atmosfery przedostaje się w wyniku procesów spalania, oddychania organizmów żywych oraz rozkładu i jest przede wszystkim głównym materiałem budulcowym do tworzenia materii organicznej podczas fotosyntezy. Oprócz, Świetna cena dwutlenek węgla ma właściwość przepuszczania krótkofalowego promieniowania słonecznego i pochłaniania części termicznego promieniowania długofalowego, co spowoduje powstanie tzw. Efekt cieplarniany, o których porozmawiamy poniżej.

Wpływ mają również na procesy atmosferyczne, zwłaszcza na reżim termiczny stratosfery ozon. Gaz ten służy jako naturalny pochłaniacz promieniowania ultrafioletowego ze Słońca i jego absorpcja Promieniowanie słoneczne prowadzi do nagrzania powietrza. Średnie wartości miesięczne treść ogólna ozonu w atmosferze waha się w zależności od szerokości geograficznej i pory roku w granicach 0,23-0,52 cm (jest to grubość warstwy ozonowej przy ciśnieniu gruntu i temperaturze). Od równika do biegunów wzrasta zawartość ozonu roczny kurs z minimum jesienią i maksimum wiosną.

Charakterystyczną właściwością atmosfery jest to, że zawartość głównych gazów (azot, tlen, argon) zmienia się nieznacznie wraz z wysokością: na wysokości 65 km w atmosferze zawartość azotu wynosi 86%, tlenu - 19, argonu - 0,91 , na wysokości 95 km - azot 77, tlen - 21,3, argon - 0,82%. Stałość składu powietrza atmosferycznego w pionie i poziomie utrzymywana jest poprzez jego mieszanie.

Oprócz gazów powietrze zawiera para wodna I cząstki stałe. Te ostatnie mogą mieć pochodzenie naturalne i sztuczne (antropogeniczne). Są to pyłki, drobne kryształki soli, kurz drogowy i zanieczyszczenia w postaci aerozolu. Gdy promienie słoneczne przedostaną się przez okno, będzie je widać gołym okiem.

Cząstek stałych szczególnie dużo jest w powietrzu miast i dużych ośrodków przemysłowych, gdzie do aerozoli dodawane są szkodliwe gazy i ich zanieczyszczenia powstające podczas spalania paliw.

Stężenie aerozoli w atmosferze decyduje o przezroczystości powietrza, co wpływa na promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi. Największymi aerozolami są jądra kondensacji (od łac. kondensacja- zagęszczenie, zagęszczenie) - przyczyniają się do przemiany pary wodnej w kropelki wody.

O wartości pary wodnej decyduje przede wszystkim fakt, że opóźnia ona długie fale promieniowanie cieplne powierzchnia ziemi; reprezentuje główne ogniwo dużych i małych cykli wilgoci; zwiększa temperaturę powietrza podczas kondensacji złóż wodnych.

Ilość pary wodnej w atmosferze zmienia się w czasie i przestrzeni. Zatem stężenie pary wodnej na powierzchni Ziemi waha się od 3% w tropikach do 2-10 (15)% na Antarktydzie.

Średnia zawartość pary wodnej w pionowej kolumnie atmosfery w umiarkowanych szerokościach geograficznych wynosi około 1,6-1,7 cm (jest to grubość warstwy skondensowanej pary wodnej). Informacje dotyczące pary wodnej w różnych warstwach atmosfery są sprzeczne. Założono np., że w zakresie wysokości od 20 do 30 km wilgotność właściwa silnie wzrasta wraz z wysokością. Jednak kolejne pomiary wskazują na większą suchość stratosfery. Najwyraźniej wilgotność właściwa w stratosferze w niewielkim stopniu zależy od wysokości i wynosi 2-4 mg/kg.

Zmienność zawartości pary wodnej w troposferze wynika z wzajemnego oddziaływania procesów parowania, kondensacji i transportu poziomego. W wyniku kondensacji pary wodnej tworzą się chmury i opady atmosferyczne w postaci deszczu, gradu i śniegu.

Procesy przejścia fazowe woda przepływa głównie w troposferze, dlatego stosunkowo rzadko obserwuje się chmury w stratosferze (na wysokościach 20-30 km) i mezosferze (w pobliżu mezopauzy), zwane perłowymi i srebrzystymi, natomiast chmury troposferyczne zajmują często około 50% całą powierzchnię ziemi.

Ilość pary wodnej, która może być zawarta w powietrzu, zależy od temperatury powietrza.

1 m 3 powietrza o temperaturze -20 ° C może zawierać nie więcej niż 1 g wody; w 0°C – nie więcej niż 5 g; w +10°C – nie więcej niż 9 g; w +30°C - nie więcej niż 30 g wody.

Wniosek: Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może ono zawierać.

Może być powietrze bogaty I nie nasycony para wodna. Jeśli więc w temperaturze +30°C 1 m 3 powietrza zawiera 15 g pary wodnej, to powietrze nie jest nasycone parą wodną; jeśli 30 g - nasycone.

Absolutna wilgotność to ilość pary wodnej zawartej w 1 m3 powietrza. Wyraża się go w gramach. Na przykład, jeśli mówią „wilgotność bezwzględna wynosi 15”, oznacza to, że 1 ml zawiera 15 g pary wodnej.

Wilgotność względna- jest to stosunek (w procentach) rzeczywistej zawartości pary wodnej w 1 m 3 powietrza do ilości pary wodnej, jaką w danej temperaturze może zawrzeć 1 ml L. Na przykład, jeśli radio nadało raport pogodowy, w którym wilgotność względna wynosi 70%, oznacza to, że powietrze zawiera 70% pary wodnej, jaką jest w stanie utrzymać w tej temperaturze.

Im wyższa wilgotność względna, tj. Im bliżej stanu nasycenia jest powietrze, tym większe prawdopodobieństwo wystąpienia opadów.

Zawsze obserwuje się wysoką (do 90%) wilgotność względną powietrza strefa równikowa, gdyż temperatura powietrza utrzymuje się tam przez cały rok i następuje duże parowanie z powierzchni oceanów. Ta sama wysoka wilgotność względna występuje także w regionach polarnych, ale kiedy niskie temperatury nawet niewielka ilość pary wodnej powoduje, że powietrze staje się nasycone lub bliskie nasycenia. W umiarkowanych szerokościach geograficznych wilgotność względna zmienia się w zależności od pory roku - jest wyższa zimą, niższa latem.

Wilgotność względna powietrza na pustyniach jest szczególnie niska: 1 m 1 powietrza zawiera tam od dwóch do trzech razy mniej pary wodnej niż jest to możliwe w danej temperaturze.

Do pomiaru wilgotności względnej stosuje się higrometr (od greckiego hygros – mokry i metreco – mierzę).

Po ochłodzeniu nasycone powietrze nie może zatrzymać takiej samej ilości pary wodnej, gęstnieje (skrapla się), zamieniając się w kropelki mgły. Mgłę można zaobserwować latem w pogodną, ​​chłodną noc.

Chmury- to ta sama mgła, tyle że powstaje nie na powierzchni ziemi, ale na pewnej wysokości. W miarę unoszenia się powietrze ochładza się, a zawarta w nim para wodna ulega skraplaniu. Powstałe maleńkie kropelki wody tworzą chmury.

Tworzenie się chmur obejmuje również cząstki stałe zawieszone w troposferze.

Chmury mogą mieć inny kształt, co zależy od warunków ich powstawania (tab. 14).

Najniższe i najcięższe chmury to stratus. Znajdują się na wysokości 2 km od powierzchni ziemi. Na wysokości od 2 do 8 km można zaobserwować bardziej malownicze chmury cumulusowe. Najwyższe i najlżejsze są chmury cirrus. Znajdują się na wysokości od 8 do 18 km nad powierzchnią ziemi.

Rodziny

Rodzaje chmur

Wygląd

A. Chmury górne - powyżej 6 km

I. Cirrus

Nitkowate, włókniste, białe

II. Cirocumulus

Warstwy i grzbiety małych płatków i loków, białe

III. Cirrostratus

Przezroczysty białawy welon

B. Chmury średnie – powyżej 2 km

IV. Altocumulus

Warstwy i grzbiety w kolorze białym i szarym

V. Altostratyfikowany

Gładki welon w mlecznoszarym kolorze

B. Zachmurzenie niskie – do 2 km

VI. Nimbostratus

Solidna, bezkształtna szara warstwa

VII. Stratocumulus

Nieprzezroczyste warstwy i grzbiety w kolorze szarym

VIII. Warstwowe

Nieprzezroczysty szary welon

D. Chmury rozwoju pionowego - od niższego do wyższego szczebla

IX. Cumulus

Kluby i kopuły są jasnobiałe, a ich krawędzie są podarte na wietrze

X. Cumulonimbus

Mocne masy w kształcie cumulusów w kolorze ciemnego ołowiu

Ochrona atmosfery

Głównym źródłem jest przedsiębiorstw przemysłowych i samochody. W duże miasta problem zanieczyszczenia gazem magistrali szlaki transportowe jest bardzo ostry. Dlatego w wielu główne miasta na całym świecie, w tym w naszym kraju, wprowadzono środowiskową kontrolę toksyczności spalin samochodowych. Według ekspertów dym i kurz w powietrzu mogą zmniejszyć podaż o połowę energia słoneczna na powierzchnię ziemi, co doprowadzi do zmian w warunkach naturalnych.

Wcześniej wierzono (przed pojawieniem się sztucznych satelitów), że w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi atmosfera stopniowo stawała się coraz bardziej rozrzedzona i płynnie przechodziła przez przestrzeń międzyplanetarną.

Obecnie ustalono, że energia płynąca z głębokich warstw Słońca przenika w przestrzeń kosmiczną daleko poza orbitę Ziemi, aż do najwyższych granic Układu Słonecznego. Ten tak zwany „wiatr słoneczny” przepływa dookoła Ziemskie pole magnetyczne, tworząc wydłużoną „wnękę”, w której koncentruje się atmosfera ziemska.

Ziemskie pole magnetyczne jest zauważalnie zwężone po dziennej stronie zwróconej w stronę Słońca i tworzy długi język, prawdopodobnie wystający poza orbitę Księżyca, po przeciwnej stronie nocnej.

Górny granica magnetosfery ziemskiej po stronie dziennej na równiku odległość uważa się za w przybliżeniu równą 7 (siedmiu) promieniom Ziemi.

6371:7 = 42000 km.

Górny granica magnetosfery Ziemi po stronie dziennej na biegunach odległość tę szacuje się na około 28 000 km. (co jest spowodowane siłą odśrodkową obrotu Ziemi).

Pod względem objętości atmosfera (około 4x10 12 km) jest 3000 razy większa niż cała hydrosfera (wraz z Oceanem Światowym), ale pod względem masy jest od niej znacznie mniejsza i wynosi około 5,15x10 15 ton.

Zatem „ciężar” atmosfery na jednostkę powierzchni, czyli ciśnienie atmosferyczne, na poziomie morza wynosi około 11 ton/m2. Atmosfera ma wielokrotnie większą objętość niż Ziemia, ale stanowi tylko 0,0001 masy naszej planety.

Skład gazu ziemnego w powietrzu atmosferycznym i wpływ niektórych jego składników na zdrowie człowieka

Skład gazu powietrze atmosferyczne objętościowo jest fizyczną mieszaniną azotu (78,08%), tlenu (20,94%) na powierzchni Ziemi – stosunek azotu do tlenu wynosi 4:1, argonu (0,9%), dwutlenku węgla (0,035%), jak a także niewielka ilość neonu (0,0018%), helu (0,0005%), kryptonu (0,0001%), metanu (0,00018%), wodoru (0,000015%), tlenku węgla (0,00001%), ozonu (0,00001%) , podtlenek azotu (0,0003%), ksenon (0,000009%), dwutlenek azotu (0,000002%).

Ponadto powietrze zawsze zawiera różnorodne dymy, pyły i parę wodną, ​​cząstki zawieszone, aerozole i parę wodną.

para wodna jego stężenie wynosi około 0,16% objętości atmosfery. Na powierzchni Ziemi waha się od 3% (w tropikach) do 0,00002% (na Antarktydzie).

Wraz z wysokością ilość pary wodnej szybko maleje. Gdyby zebrać całą wodę, utworzyłaby się warstwa o średniej grubości około 2 cm (1,6 -1,7 cm w umiarkowanych szerokościach geograficznych). Warstwa ta powstaje na wysokości do 20 km.

Skład gazu w dolnych warstwach atmosfery na wysokości do 110 km. z powierzchni Ziemi, zwłaszcza z troposfery, jest prawie stała. Ciśnienie i gęstość w atmosferze zmniejszają się wraz z wysokością. Połowa powietrza zawarta jest w dolnych 5,6 km, a druga połowa aż do wysokości 11,3 km. Na wysokości 110 km. Gęstość powietrza jest milion razy mniejsza niż na powierzchni.

W wysokich warstwach atmosfery skład powietrza zmienia się pod wpływem promieniowania słonecznego, co prowadzi do rozpadu cząsteczek tlenu na atomy.

Mniej więcej do wysokości 400 – 600 km. atmosfera pozostała tlen - azot

Znacząca zmiana składu atmosfery zaczyna się dopiero od wysokości 600 km. Tutaj zaczyna przekraczać hel. Korona helowa Ziemia, jak V.I. Wernadski nazwał pas helowy, rozciąga się w przybliżeniu 1600 km. z powierzchni Ziemi. Powyżej tej odległości jest 1600 – 2 – 3 tys. km. jest nadmiar wodoru.

Niektóre cząsteczki rozkładają się na jony i tworzą jonosfera.

Ponad 1000 km. istnieją pasy radiacyjne, które można uznać za część atmosfery wypełnioną bardzo energetycznymi jądrami atomów wodoru i uwięzionymi elektronami pole magnetyczne planety. Tak więc gazowa powłoka Ziemi stale się zmienia gaz międzyplanetarny (przestrzeń), na który składają się:

W 76% wagowych z wodoru;

W 23% masowych z helu;

Od 1% masowych z pyłu kosmicznego.

Co ciekawe, nasza atmosfera bardzo różni się składem od atmosfer innych planet Układu Słonecznego. Nasi najbliżsi sąsiedzi Wenus i Mars mają atmosferę składającą się głównie z dwutlenku węgla, bardziej odlegli sąsiedzi Jowisz, Saturn, Uran, Neptun otoczeni są atmosferą helowo-wodorową, a jednocześnie w tych atmosferach jest dużo metanu.

Powietrze atmosferyczne jest jednym z najważniejszych zasobów naturalnych, bez którego życie na Ziemi byłoby absolutnie niemożliwe. Dowolny komponent wg skład chemiczny, jest na swój sposób ważne dla życia.

TLEN – bezbarwny i bezwonny gaz o gęstości 1,23 g/l. Najpowszechniejszy pierwiastek chemiczny na Ziemi.

W atmosferze 20,94%, w hydrosferze 85,82%, w litosferze 47% tlenu. Kiedy człowiek wydycha, uwalnia 15,4–16,0% tlenu z powietrza atmosferycznego. Osoba dziennie w spoczynku wdycha około 2722 litrów (1,4 m) tlenu, wydycha 0,34 m 3 dwutlenku węgla, ponadto emituje dziennie do środowiska około 400 substancji. Powietrze atmosferyczne w tym przypadku przez płuca przechodzi 9 litrów. na minutę, 540l. na godzinę, 12960l. dziennie i przy obciążeniu 25 000 - 30 000 l. dziennie (25 – 30m3). W ciągu roku w spoczynku wdycha 16950m, przy aktywność fizyczna 20 000 - 30 000m, a w ciągu całego życia od 65 000 do 180 000m. powietrze.

Wchodzi w skład wszystkich żywych organizmów (w organizmie człowieka jego masa wynosi około 65%).

Tlen jest aktywnym utleniaczem większości pierwiastków chemicznych, a także w metalurgii, przemyśle chemicznym i petrochemicznym, w paliwach rakietowych oraz jest stosowany w aparatach oddechowych na statkach kosmicznych i podwodnych. Ludzie, zwierzęta, rośliny otrzymują energię niezbędną do życia w wyniku biologicznego utleniania różnych substancji tlenem dostającym się do organizmu na różne sposoby przez płuca i skórę.

Tlen jest niezbędnym uczestnikiem każdego spalania. Przekroczenie zawartości tlenu w atmosferze o 25% może doprowadzić do pożaru na Ziemi.

Jest uwalniany przez rośliny podczas fotosyntezy. Jednocześnie około 60% tlenu przedostaje się do atmosfery podczas fotosyntezy planktonu oceanicznego, a 40% zielone rośliny Sushi.

Zmiany fizjologiczne w zdrowi ludzie obserwuje się, gdy zawartość tlenu spada do 16–17%, przy 11–13% obserwuje się ciężkie niedotlenienie.

Głód tlenu spowodowany spadkiem ciśnienia tlenu w atmosferze może wystąpić podczas lotu (choroba wysokościowa), podczas wspinaczki w góry (choroba górska), która rozpoczyna się na wysokości 2,5–3 km.

Niskie stężenia tlenu mogą powstawać w powietrzu zamkniętych i hermetycznie zamkniętych przestrzeni, np łodzie podwodne podczas wypadków, a także w kopalniach, kopalniach i opuszczonych studniach, gdzie tlen może zostać wyparty przez inne gazy. Skutkom niedoboru tlenu podczas lotów można zapobiegać, korzystając z indywidualnych aparatów tlenowych, skafandrów kosmicznych lub ciśnieniowych kabin samolotów.

System podtrzymywania życia statków kosmicznych lub łodzi podwodnych obejmuje sprzęt, który pochłania dwutlenek węgla, parę wodną i inne zanieczyszczenia z powietrza i dodaje do niego tlen.

Dla ostrzeżenia choroba górska Duże znaczenie ma ciągła aklimatyzacja (adaptacja) na stacjach pośrednich w warunkach atmosfery rozrzedzonej. Podczas pobytu w górach zwiększa się ilość hemoglobiny i czerwonych krwinek we krwi, a procesy oksydacyjne w tkankach, dzięki wzmożonej syntezie niektórych enzymów, przebiegają pełniej, co pozwala człowiekowi przystosować się do życia na większych wysokościach.

Istnieją wioski górskie położone na wysokości 3-5 km. nad poziomem morza specjalnie wyszkolonym wspinaczom udaje się wspiąć na góry o wysokości 8 km. i więcej bez użycia urządzeń tlenowych.

Tlen w czysta forma ma działanie toksyczne. Podczas oddychania czystym tlenem u zwierząt po 1-2 godzinach w płucach tworzą się lektazy (z powodu zablokowania śluzu w małych oskrzelach), a po 3-5 godzinach dochodzi do naruszenia przepuszczalności naczyń włosowatych płuc, po 24 godziny.

Zjawiska obrzęku płuc. W warunkach normalnego ciśnienia atmosferycznego, gdy konieczne jest zwiększenie wydajności człowieka podczas intensywnego wysiłku fizycznego lub podczas leczenia pacjentów z niedotlenieniem, ciśnienie i dopływ tlenu znacznie wzrastają, nawet o 40%.

OZON– modyfikacja tlenu, która zapewnia zachowanie życia na Ziemi, ponieważ Warstwa ozonowa atmosfery zatrzymuje część promieniowania ultrafioletowego ze Słońca i pochłania promieniowanie podczerwone Ziemi, zapobiegając jego ochłodzeniu. To gaz koloru niebieskiego z ostrym zapachem. Większość ozonu uzyskiwana jest z tlenu w temp wyładowania elektryczne w atmosferze na wysokościach 20-30 km. Tlen pochłania promienie ultrafioletowe, tworząc cząsteczki ozonu, które składają się z trzech atomów tlenu. Chroni całe życie na Ziemi przed szkodliwym działaniem krótkofalowego promieniowania ultrafioletowego ze Słońca. W górnych warstwach nie ma wystarczającej ilości tlenu, aby wytworzyć ozon, a w niższych warstwach nie ma wystarczającej ilości promieniowania ultrafioletowego. Ozon występuje także w niewielkich ilościach w przyziemnej warstwie powietrza. Całkowita zawartość ozonu w całej atmosferze odpowiada warstwie czystego ozonu o grubości 2 - 4 mm, pod warunkiem, że ciśnienie i temperatura powietrza są takie same jak na powierzchni Ziemi. Skład powietrza podczas wznoszenia się nawet na kilkadziesiąt kilometrów (do 100 m) niewiele się zmienia. Jednak ze względu na to, że powietrze jest wypuszczane wraz z wysokością, zawartość każdego gazu na jednostkę objętości maleje (spada ciśnienie atmosferyczne). Do zanieczyszczeń należą: ozon, fitoncydy wydzielane przez roślinność, substancje gazowe powstające w wyniku procesów biochemicznych i rozpadu radioaktywnego w glebie itp. Ozon służy do dezynfekcji wody pitnej, neutralizacji ścieków przemysłowych, do otrzymywania kamfory, waniliny i innych związków, do wybielać tkaniny, oleje mineralne itp.

DWUTLENEK WĘGLA(tlenek węgla) to bezbarwny, bezwonny gaz, występujący w temperaturze poniżej -78,5°C solidna forma(suchy lód). Jest 1,5 razy cięższy od powietrza i występuje w powietrzu (0,35% obj.), w wodach rzek, mórz i źródła mineralne. Dwutlenek węgla wykorzystywany jest do produkcji cukru, piwa, wód gazowanych i win musujących, mocznika, sody, do gaszenia pożarów itp.; suchy lód jest czynnikiem chłodniczym. Powstaje podczas rozkładu i spalania substancji organicznych, podczas oddychania organizmów zwierzęcych, jest przyswajany przez rośliny i odgrywa ważną rolę w fotosyntezie. Znaczenie procesu fotosyntezy polega na tym, że rośliny uwalniają tlen do powietrza. Dlatego brak dwutlenku węgla jest niebezpieczny. Dwutlenek węgla jest wydychany przez ludzi

(3,4 - 4,7% w wydychanym powietrzu), zwierzęta, uwalnia się także podczas spalania węgla, ropy i benzyny,

Dlatego w wyniku intensywnego spalania paliw mineralnych w ostatnich latach wzrosła ilość dwutlenku węgla w atmosferze. Wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze powoduje globalne zagrożenie dla ludzi - efekt cieplarniany. Dwutlenek węgla, podobnie jak szkło szklarniowe, przepuszcza promienie słoneczne, ale zatrzymuje ciepło z nagrzanej powierzchni Ziemi. W rezultacie wzrasta średnia temperatura powietrza,

Pogarsza się mikroklimat, co odbija się na zdrowiu człowieka. Każdego roku w wyniku fotosyntezy pochłania się około 300 milionów ton dwutlenku węgla i uwalnia się około 200 milionów ton tlenu, powstaje około 3000 miliardów ton dwutlenku węgla, a jego ilość stale rośnie. Jeśli 100 lat temu zawartość dwutlenku węgla w powietrzu wynosiła 0,0298%, obecnie wynosi 0,0318%. W miastach zawartość ta jest jeszcze większa.

Co ciekawe, przyspieszenie – przyspieszony wzrost dzieci, szczególnie w miastach – niektórzy naukowcy kojarzą ze wzrostem zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Nawet niewielki wzrost dwutlenku węgla

w powietrzu znacznie usprawnia proces oddechowy, rozpoczyna się szybki wzrost klatka piersiowa i odpowiednio cały organizm.

Dwutlenek węgla jest 1,5 razy cięższy od powietrza i dlatego może gromadzić się na dnie zamkniętych pomieszczeń. Właściwości te mogą przyczyniać się do zatruwania atmosfery poza obszarami zaludnionymi.

0,03 – 0,04% dwutlenku węgla; V ośrodków przemysłowych jego zawartość wzrasta do 0,06%, a w pobliżu przedsiębiorstw hutnictwa żelaza - do 1%.

Wzrost stężenia dwutlenku węgla we wdychanym powietrzu prowadzi do rozwoju kwasicy, wzmożonego oddychania i tochakardii. Gdy stężenie wzrasta do 1-2%, wydajność spada, u niektórych osób występują skutki toksyczne, gdy stężenie przekracza 2-3%, zatrucie jest bardziej wyraźne. Dzięki „wolnemu wyborowi” środowiska gazowego ludzie zaczynają unikać dwutlenku węgla dopiero wtedy, gdy jego stężenie osiągnie 3%. Przy stężeniu 10-12% następuje szybka utrata przytomności i śmierć.

Opisano przypadki ciężkiego zatrucia dwutlenkiem węgla w pomieszczeniach zamkniętych lub hermetycznie zamkniętych (kopalnie, miny, łodzie podwodne), a także w pomieszczeniach zamkniętych, w których nastąpił intensywny rozkład. materia organiczna- studnie głębinowe, silosy, zbiorniki fermentacyjne w browarach, studnie kanalizacyjne itp. Biorąc pod uwagę powyższe dane, uważa się, że w gałęziach przemysłu, w których występują źródła dwutlenku węgla, na statkach kosmicznych, na łodziach podwodnych jego stężenie nie powinno przekraczać 0,5- 1% . W schronach, a także w innych krytycznych warunkach można przyjąć, że stężenie dwutlenku węgla dochodzi do 2%.

AZOT– bezbarwny i bezwonny gaz, jest głównym składnikiem powietrza (78,09% obj.), wchodzi w skład wszystkich organizmów żywych (w organizmie człowieka ok. 3% mas. azotu, w białkach do 17%), uczestniczy w procesach cykl substancji w przyrodzie. Głównym obszarem zastosowania jest synteza amoniaku; związki azotu – nawozy azotowe. Azot jest medium obojętnym w procesach chemicznych, metalurgicznych, w magazynach warzyw itp.

Azot i inne gazy obojętne są fizjologicznie nieaktywne pod normalnym ciśnieniem; ich znaczenie polega na rozcieńczaniu tlenu.

ARGON – gaz obojętny, w powietrzu 0,9% obj., gęstość 1,73 g/l. Stosowany w przemyśle do spawania argonem, np procesy chemiczne, do napełniania lamp elektrycznych i lamp wyładowczych.

Grubość atmosfery wynosi około 120 km od powierzchni Ziemi. Całkowita masa powietrza w atmosferze wynosi (5,1-5,3) 10 18 kg. Spośród nich masa suchego powietrza wynosi 5,1352 ± 0,0003 · 10 · 18 kg, całkowita masa pary wodnej wynosi średnio 1,27 · 10 · 16 kg.

Tropopauza

Warstwa przejściowa z troposfery do stratosfery, warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością.

Stratosfera

Warstwa atmosfery położona na wysokości od 11 do 50 km. Charakterystyka niewielka zmiana temperatura w warstwie 11-25 km (dolna warstwa stratosfery) i jej wzrost w warstwie 25-40 km z -56,5 do 0,8 ° (górna warstwa stratosfery lub obszar inwersji). Po osiągnięciu wartości około 273 K (prawie 0°C) na wysokości około 40 km, temperatura utrzymuje się na stałym poziomie aż do wysokości około 55 km. Ten obszar o stałej temperaturze nazywany jest stratopauzą i stanowi granicę między stratosferą a mezosferą.

Stratopauza

Warstwa graniczna atmosfery pomiędzy stratosferą a mezosferą. W pionowym rozkładzie temperatur występuje maksimum (około 0°C).

Mezosfera

atmosfera ziemska

Granica atmosfery ziemskiej

Termosfera

Górna granica- około 800 km. Temperatura wzrasta do wysokości 200-300 km, gdzie osiąga wartości rzędu 1500 K, po czym pozostaje prawie stała na dużych wysokościach. Pod wpływem ultrafioletowego i rentgenowskiego promieniowania słonecznego i promieniowanie kosmiczne następuje jonizacja powietrza („zorze”) - główne obszary jonosfery leżą wewnątrz termosfery. Na wysokościach powyżej 300 km dominuje tlen atomowy. Górna granica termosfery jest w dużej mierze zdeterminowana obecną aktywnością Słońca. W okresach małej aktywności – np. w latach 2008-2009 – zauważalne jest zmniejszenie rozmiarów tej warstwy.

Termopauza

Obszar atmosfery sąsiadujący z termosferą. W tym obszarze absorpcja Promieniowanie słoneczne nieznacznie, a temperatura w rzeczywistości nie zmienia się wraz z wysokością.

Egzosfera (sfera rozpraszająca)

Do wysokości 100 km atmosfera jest jednorodną, ​​dobrze wymieszaną mieszaniną gazów. W wyższych warstwach rozkład gazów na wysokości zależy od ich masy cząsteczkowe, stężenie cięższych gazów zmniejsza się szybciej wraz z odległością od powierzchni Ziemi. Ze względu na spadek gęstości gazu temperatura spada z 0°C w stratosferze do -110°C w mezosferze. Jednakże energia kinetyczna pojedyncze cząstki na wysokościach 200-250 km odpowiadają temperaturze ~150°C. Powyżej 200 km obserwuje się znaczne wahania temperatury i gęstości gazu w czasie i przestrzeni.

Na wysokości około 2000-3500 km egzosfera stopniowo zamienia się w tzw w pobliżu próżni kosmicznej, który jest wypełniony wysoce rozrzedzonymi cząsteczkami gazu międzyplanetarnego, głównie atomami wodoru. Ale ten gaz reprezentuje tylko część materii międzyplanetarnej. Pozostała część składa się z cząstek pyłu pochodzenia kometarnego i meteorycznego. Oprócz niezwykle rozrzedzonych cząstek pyłu, w tę przestrzeń przenika promieniowanie elektromagnetyczne i korpuskularne pochodzenia słonecznego i galaktycznego.

Troposfera stanowi około 80% masy atmosfery, stratosfera - około 20%; masa mezosfery - nie więcej niż 0,3%, termosfery - mniej niż 0,05% masa całkowita atmosfera. Na podstawie właściwości elektryczne Atmosfera dzieli się na neutronosferę i jonosferę. Obecnie uważa się, że atmosfera rozciąga się na wysokość 2000-3000 km.

W zależności od składu gazu w atmosferze emitują homosfera I heterosfera. Heterosfera- Jest to obszar, w którym grawitacja wpływa na separację gazów, gdyż ich mieszanie się na takiej wysokości jest znikome. Oznacza to zmienny skład heterosfery. Poniżej znajduje się dobrze wymieszana, jednorodna część atmosfery, zwana homosferą. Granica pomiędzy tymi warstwami nazywana jest turbopauzą i przebiega na wysokości około 120 km.

Fizjologiczne i inne właściwości atmosfery

Już na wysokości 5 km nad poziomem morza nieprzeszkolona osoba zaczyna odczuwać głód tlenu i bez adaptacji wydajność osoby jest znacznie zmniejszona. Tutaj kończy się strefa fizjologiczna atmosfery. Oddychanie człowieka staje się niemożliwe na wysokości 9 km, chociaż do około 115 km atmosfera zawiera tlen.

Atmosfera dostarcza nam tlenu niezbędnego do oddychania. Jednakże, ze względu na spadek całkowitego ciśnienia atmosfery, w miarę wznoszenia się na wysokość, ciśnienie cząstkowe tlenu odpowiednio maleje.

W rozrzedzonych warstwach powietrza rozchodzenie się dźwięku jest niemożliwe. Do wysokości 60-90 km nadal możliwe jest wykorzystanie oporu powietrza i siły nośnej do kontrolowanego lotu aerodynamicznego. Jednak począwszy od wysokości 100-130 km znane każdemu pilotowi pojęcia liczby M i bariery dźwiękowej tracą na znaczeniu: przechodzi konwencjonalna linia Karmana, poza którą rozpoczyna się obszar lotu czysto balistycznego, który może jedynie być kontrolowane za pomocą sił reakcji.

Na wysokościach powyżej 100 km atmosfera jest pozbawiona innej atmosfery niezwykłe właściwości- zdolność do wchłaniania, przewodzenia i przekazywania energia cieplna poprzez konwekcję (tj. przez mieszanie powietrza). To znaczy, że różne elementy sprzęt, sprzęt orbitalny stacja Kosmiczna nie będzie w stanie schłodzić na zewnątrz w sposób, jaki zwykle odbywa się w samolocie - za pomocą dysz i grzejników powietrznych. Na takiej wysokości, jak w ogóle w kosmosie, jedyny sposób przenikanie ciepła to promieniowanie cieplne.

Historia powstawania atmosfery

Według najpowszechniejszej teorii, atmosfera ziemska na przestrzeni czasu zmieniła się trzykrotnie. różne kompozycje. Początkowo składał się z lekkich gazów (wodór i hel) wychwytywanych z przestrzeni międzyplanetarnej. Jest to tzw atmosfera pierwotna(około czterech miliardów lat temu). NA Następny etap aktywna aktywność wulkaniczna doprowadziła do nasycenia atmosfery gazami innymi niż wodór (dwutlenek węgla, amoniak, para wodna). W ten sposób powstał atmosfera wtórna(około trzech miliardów lat przed dniem dzisiejszym). Ta atmosfera działała regenerująco. Ponadto proces tworzenia atmosfery został zdeterminowany przez następujące czynniki:

  • wyciek gazów lekkich (wodór i hel) do przestrzeni międzyplanetarnej;
  • reakcje chemiczne zachodzące w atmosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, wyładowania atmosferyczne i kilka innych czynników.

Stopniowo te czynniki doprowadziły do ​​​​powstania trzeciorzędowa atmosfera, charakteryzujący się znacznie niższą zawartością wodoru i znacznie większą zawartością azotu i dwutlenku węgla (powstającego w wyniku reakcje chemiczne z amoniaku i węglowodorów).

Azot

Powstawanie dużej ilości azotu N2 wynika z utleniania atmosfery amoniakowo-wodorowej przez tlen cząsteczkowy O2, który zaczął wydobywać się z powierzchni planety w wyniku fotosyntezy rozpoczynającej się 3 miliardy lat temu. Azot N2 uwalniany jest również do atmosfery w wyniku denitryfikacji azotanów i innych związków zawierających azot. Azot jest utleniany przez ozon do NO górne warstwy atmosfera.

Azot N2 reaguje tylko w określonych warunkach (na przykład podczas wyładowania atmosferycznego). Utlenianie azotu cząsteczkowego przez ozon podczas wyładowań elektrycznych stosowane jest w małych ilościach w przemysłowej produkcji nawozów azotowych. Utlenij go przy niskim zużyciu energii i przekształć w biologiczny aktywna forma sinice (sinice) i bakterie guzkowe tworzące symbiozę ryzobialną z roślinami strączkowymi, tzw. nawóz zielony.

Tlen

Skład atmosfery zaczął się radykalnie zmieniać wraz z pojawieniem się na Ziemi organizmów żywych, w wyniku fotosyntezy, której towarzyszyło uwolnienie tlenu i absorpcja dwutlenku węgla. Początkowo tlen zużywano na utlenianie zredukowanych związków - amoniaku, węglowodorów, żelazawej formy żelaza zawartej w oceanach itp. Po zakończeniu ten etap Zawartość tlenu w atmosferze zaczęła rosnąć. Stopniowo pojawiła się nowoczesna atmosfera, posiadająca właściwości utleniające. Ponieważ spowodowało to poważne i nagłe zmiany wielu procesów zachodzących w atmosferze, litosferze i biosferze, wydarzenie to nazwano Katastrofą Tlenową.

Gazy szlachetne

Zanieczyszczenie powietrza

Ostatnio ludzie zaczęli wpływać na ewolucję atmosfery. Efektem jego działań był stały, znaczny wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze na skutek spalania paliw węglowodorowych zgromadzonych w poprzednich epoki geologiczne. Ogromne ilości CO 2 są zużywane podczas fotosyntezy i pochłaniane przez oceany świata. Gaz ten przedostaje się do atmosfery w wyniku rozkładu skał węglanowych i substancji organicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, a także w wyniku działalności wulkanicznej i działalności produkcyjnej osoba. W ciągu ostatnich 100 lat zawartość CO 2 w atmosferze wzrosła o 10%, z czego większość (360 miliardów ton) pochodziła ze spalania paliw. Jeśli tempo wzrostu spalania paliw będzie się utrzymywać, to w ciągu najbliższych 200-300 lat ilość CO 2 w atmosferze podwoi się, co może doprowadzić do globalnych zmian klimatycznych.

Głównym źródłem gazów zanieczyszczających środowisko (CO, SO2) jest spalanie paliw. Dwutlenek siarki jest utleniany przez tlen atmosferyczny do SO 3 w górnych warstwach atmosfery, co z kolei oddziałuje z wodą i parą amoniaku, a powstałym kwasem siarkowym (H 2 SO 4) i siarczanem amonu ((NH 4) 2 SO 4 ) wracają na powierzchnię Ziemi w postaci tzw. kwaśny deszcz. Eksploatacja silników spalinowych prowadzi do znacznego zanieczyszczenia atmosfery tlenkami azotu, węglowodorami i związkami ołowiu (tetraetyloołów Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Zanieczyszczenie atmosfery aerozolami ma zarówno przyczyny naturalne (erupcje wulkanów, burze piaskowe, porywanie kropel woda morska i pyłki roślin itp.), oraz działalność gospodarcza ludzie (wydobycie rudy i materiały budowlane, spalanie paliw, produkcja cementu itp.). Intensywne usuwanie na dużą skalę cząstki stałe do atmosfery - jeden z możliwe przyczyny zmiany klimatu planety.

Zobacz też

  • Jacchia (model atmosfery)

Notatki

Spinki do mankietów

Literatura

  1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov„Biologia kosmiczna i medycyna” (wydanie 2, poprawione i rozszerzone), M.: „Prosveshcheniye”, 1975, 223 s.
  2. N. V. Gusakova"Chemia środowisko", Rostów nad Donem: Phoenix, 2004, 192 z ISBN 5-222-05386-5
  3. Sokołow V. A. Geochemia gazów ziemnych, M., 1971;
  4. McEwen M., Phillips L. Chemia atmosfery, M., 1978;
  5. Wark K., Warner S. Zanieczyszczenie powietrza. Źródła i kontrola, przeł. z języka angielskiego, M.. 1980;
  6. Monitorowanie zanieczyszczeń tła środowiska naturalne. V. 1, L., 1982.